一种基于网络安全约束的电力集中撮合交易仿真方法与流程

本发明涉及电力交易仿真领域，尤其是涉及一种基于网络安全约束的电力集中撮合交易仿真方法。

背景技术：

目前国内外电力市场的竞价交易机制一般分为双边交易和撮合交易两种模式。

双边交易是指购售双方直接协商，确定交易电量、交易曲线以及交易价格，经电力调度交易机构安全校核确认后，双方签订双边交易合同的交易方式。

撮合交易是指购电方或售电方申报电量(或电力)和对应电价，购电方按照报价由高到低进行优先级排序，售电方按照折算排序价由低到高进行优先级排序，在满足一定的网络约束条件下，通过交易算法撮合购售双方成交的交易方式。一般分为单买(或单卖)的单边撮合交易和多买多卖的双边撮合交易两种形式。

目前现有技术中直接交易仿真方法有个共同的缺陷，就是没有考虑网络安全约束。本质上，电力直接交易仅考虑电量平衡，缺乏电力实时平衡机制，无法真正满足电力发、输、配、用实时平衡的物理属性要求，这也正是目前我国电力直接交易电量占比不高、安全校核难以真正有效展开的主要原因。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于网络安全约束的电力集中撮合交易仿真方法。在集中撮合交易仿真过程中，通过集中出清和匹配撮合两步实现集中撮合；为了满足潮流约束，通过用户负荷曲线及电网潮流转移分布因子予以考虑。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于网络安全约束的电力集中撮合交易仿真方法，该方法包括以下步骤：

s1、以用户总收益减去发电商总成本作为目标函数，并设立约束条件，得到满足网络安全约束的集中出清模型；

s2、求解集中出清模型，得到市场个体直接交易量；

s3、利用市场个体直接交易量进行匹配撮合。

s1中的集中出清模型为：

满足约束条件：

其中，ρm为发电商成本报价，γn为用户报价；

为发电商m在h时段的出力；

t为政府核定的输配电价；

xn为用户的交易量；

为发电商m出力pm的下限；

为发电商m出力pm的上限；

为建立交易过程中的电量分解系数；

为用户n负荷qn的最大值；

m为发电商数量；

n为用户数量；

h为折算到小时的直接交易周期。

集中出清步骤还满足网络安全约束条件：

其中，jlm、jln分别为线路l对发电商m、用户n所在母线节点的潮流转移分布因子ptdf；

为发电商m在h时段的出力；

xn为用户的交易量；

为建立交易过程中的电量分解系数；

fl为安全绝对值；

l为线路总数；

h为折算到小时的直接交易周期。

s3中的匹配撮合步骤包括：

s301、将最高的买价与最低的卖价进行比较，若买价高于或等于卖价则匹配成交，否则无法成交；

s302、在剩余未匹配的买卖交易中，按s301方法继续进行交易匹配，直到满足匹配撮合结束条件。

匹配撮合步骤结束条件为最高买价低于最低卖价或所有申报购电量均已成交。

s301中成交价格为配对双方买价与卖价之和的二分之一，成交电量为买方与卖方申报电量的较小值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)首次将网络安全约束纳入直接交易市场出清约束条件中，有助于解决目前我国电力直接交易安全校核难以有效开展等问题，为直接交易规模进一步扩大做了理论储备；

2)为市场监管者、市场个体深入分析研究集中撮合交易提供了有效仿真工具。

附图说明

图1为直接交易网络图；

图2为4节点网络接线图；

图3为负荷曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

1基本概念

1.1直接交易网络

采用图1所示g表示直接交易网络。图中节点1、3和节点2、4分别代表发电商和用户，各条边代表直接交易，边的权值代表直接交易电量。通过对直接交易网络的加边(建立交易)、减边(删除交易)操作加以实现。

1.2市场个体收益函数

假设市场中有m个发电商,n个用户：其中发电商m(m＝1,2,…，m)的成本报价为ρm，用户n(n＝1,2,...,n)的报价为γn；假设在任意演化时刻t，发电商m与用户n之间的直接交易电量为价格等于买卖双方报价的平均值，即(ρm+γn)/2；假设政府核定的输配电价为t，输配电成本由买卖双方平均承担。于是，直接交易网络g^t对应发电商m与用户n的收益函数um^t、un^t分别为：

其中，αmn＝(ρm+γn)/2-ρm＝γn-(ρm+γn)/2。

此外，为便于分析，定义直接交易网络g^t对应的收益函数u(g^t)等于所有发电商和用户收益函数之和，即

1.3电量分解

为考虑网络安全约束，在对直接交易进行仿真之前，还需要根据用户提供的负荷曲线把双边协商交易合同电量分解到每个小时。对于任意交易xmn^t，假设直接交易为年度交易，则分解到时段h的电量为fn^h·xmn^t(fn^h为电量分解系数，∑h∈hfn^h＝1，h为折算到小时的直接交易周期)。

2集中撮合交易仿真

本文所提集中撮合出清模型分为两步：即集中出清阶段和匹配撮合阶段：

2.1集中出清阶段

在集中出清阶段，采用了类似pool交易市场的出清模型，即：

其中，ρm为发电商成本报价，γn为用户报价；

为发电商m在h时段的出力；

t为政府核定的输配电价；

xn为用户的交易量；

为发电商m出力pm的下限；

为发电商m出力pm的上限；

为建立交易过程中的电量分解系数；

为用户n负荷qn的最大值；

jlm、jln分别为线路l对发电商m、用户n所在母线节点的潮流转移分布因子ptdf；

fl为安全绝对值；

l、h为折算到小时的直接交易周期。

式(3)以用户总收益减去发电商总成本为目标函数，xm^h为发电商m在h时段的出力；式(4)为电量平衡约束；式(5)、(6)分别表示发电出力限制和最大负荷限制；式(7)表示网络安全校核；其他各参数同上节。根据集中出清结果，可得到各市场个体的直接交易量xm(＝xm^h)和xn。

不难证明，式(3中的目标函数恒等于所有发电商和用户收益函数之和u(g)。

2.2匹配撮合阶段

根据集中出清结果进行匹配撮合：先将最高的买价与最低的卖价进行比较，若买价高于或等于卖价则匹配成交，成交价格为配对双方买价与卖价之和的二分之一，成交电量为买方与卖方申报电量的较小值；再在剩余未匹配的买卖交易中，按以上同样的方法进行交易匹配，直到所有申报购电量均已成交或最高买价低于最低卖价为止。

3算例分析

以4节点系统(见图2)为例，系统中所有支路电抗均为1，潮流约束均为10mw；该系统中有三个发电商(分别位于节点1、2、3)和四个用户(分别位于节点1、2、3、4)，其他参数见表1。选num为300次，输配电价为2$/mw。

表1发电商和用户参数

3.1单时段算例

3.1.1集中撮合交易仿真结果

基于2节所建模型得到的集中撮合市场出清结果如表2所示：

表2单时段集中撮合仿真结果

由表2可知，单时段条件下，发电商1、2、3的出力分别为50mw、30mw和25mw；电力用户1、2、3、4的负荷分别为30mw、30mw、25mw和20mw，总的社会剩余为925$。

3.2多时段算例

本文假设时段集合为h＝{1,2,…,24}，用户l1、l2、l3和l4的负荷曲线如图3所示。

3.2.1集中撮合交易仿真结果

基于2节所建模型得到的集中撮合市场出清结果如表3所示。

由表3可知，多时段情况下集中撮合交易总电量达到2139mw，总社会剩余为18719$。相比单时段情况，多时段条件形成的交易对几乎与单时段相同(仅多一个g3-l1交易对)，这主要由撮合交易价差高低匹配的本质所决定。

表3多时段集中撮合交易结果

4结论

本文提出了考虑网络安全约束的电力直接交易仿真方法。在集中撮合交易仿真过程中，采用了集中出清、匹配撮合两步法；为了满足潮流约束，通过用户提交的负荷曲线及电网潮流转移分布因子予以考虑。算例表明，本发明所提方法可以真实的反映交易随机性和网络安全约束对电力直接交易的各种影响，计及了交易过程中的各种不确定性以及网络安全等实际约束。

本文所提仿真方法具有如下意义：1)、首次将网络安全约束纳入直接交易市场出清约束条件中，有助于解决目前我国电力直接交易安全校核难以有效开展等问题，为直接交易规模进一步扩大做了理论储备；2)、为市场监管者、市场个体深入分析研究集中撮合交易提供了有效仿真工具。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。